EP0846245B1 - Sonnenkollektor - Google Patents

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EP0846245B1
EP0846245B1 EP96930093A EP96930093A EP0846245B1 EP 0846245 B1 EP0846245 B1 EP 0846245B1 EP 96930093 A EP96930093 A EP 96930093A EP 96930093 A EP96930093 A EP 96930093A EP 0846245 B1 EP0846245 B1 EP 0846245B1
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EP
European Patent Office
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solar collector
hollow section
frame
sun
hollow
Prior art date
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EP96930093A
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Heinz Grösswang
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Original Assignee
Individual
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    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S10/50Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed between plates
    • F24S10/502Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed between plates having conduits formed by paired plates and internal partition means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S80/30Arrangements for connecting the fluid circuits of solar collectors with each other or with other components, e.g. pipe connections; Fluid distributing means, e.g. headers
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    • F24S2010/71Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits the conduits having a non-circular cross-section
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    • F24S25/60Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules
    • F24S2025/601Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules by bonding, e.g. by using adhesives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24S80/54Elements for transmitting incoming solar rays and preventing outgoing heat radiation; Transparent coverings using evacuated elements
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems

Definitions

  • the invention relates to a solar panel a serpentine flow through a heat transfer medium Pipe system made of metal.
  • Such solar collectors are known. That from the heat transfer medium (mostly water) snake-shaped pipe system is thereby by a soldered onto a copper sheet formed in a serpentine bent copper tube. This Unit is sprayed black on top and in a frame covered with glass with an insulating layer arranged under the copper sheet. To the distances between the copper pipes at least partially for heat recovery can use additional heat conducting plates on the copper pipes be applied.
  • heat transfer medium mostly water
  • Solar collectors are known from WO93 / 15368 and US 4,898,153, which from a hollow profile plate from a translucent Plastic, especially polycarbonate, exist.
  • the hollow profile panels consist of two layers connected by parallel longitudinal webs to form channels are through which an absorbent with a sunlight Material, for example a dark color offset heat transfer flows. There is a risk that part of the color settles in the hollow profile, whereby the hollow plastic profile, but not the heat transfer medium is heated.
  • US-A-4 136 675 shows the features of the first part of claim 1.
  • the object of the invention is a simply constructed To provide solar collector with a high efficiency.
  • the solar collector according to the invention is made of plate-shaped Metal hollow profile sections made.
  • the hollow metal profile consists of two plane-parallel layers that are connected to each other by longitudinal webs.
  • the metal hollow profile is produced by extrusion.
  • a hollow profile can thus be obtained in a simple manner, where the two metal layers are only a short distance apart from each other.
  • the heat transfer medium For a high heat transfer from the hollow metal profile to the Heat transfer medium and thus a high efficiency of the solar collector it is namely necessary that the heat transfer medium the heat of the metal hollow profile heated by the sun's radiation dissipates quickly. So that the heat transfer medium to a the highest possible temperature is also heated Heat dissipation through the smallest possible amount of heat transfer medium respectively.
  • the distance between the both layers of the hollow profile should be as small as possible, in fact less than 10 mm, preferably less than 5 mm.
  • a metal hollow profile can be extruded with very thin layers and thin longitudinal walls, another requirement for rapid heat transfer.
  • the thickness of the two layers and the longitudinal webs the hollow profile sections of the solar collector according to the invention can be, for example, 0.1 mm to 1 mm.
  • a hollow profile according to the invention used, that after the extrusion of a deformation, especially cold working, e.g. by pressing or Rolling has been subjected.
  • a Hollow metal profile can be produced, with the distance of the two layers is only 3 mm or less.
  • the minimum distance between the two layers should, however 1 mm, otherwise the flow resistance for the heat transfer medium grows strongly.
  • the metal from which the hollow profile is made is preferably an aluminum material, i.e. aluminum or an aluminum alloy.
  • an aluminum material is particularly good for such hollow profiles Extrude or deform cold.
  • aluminum is for example much cheaper than copper, and, for example, much more corrosion-resistant than iron.
  • the longitudinal webs between the two layers of the hollow profile increase the heat transfer area and thus improve additionally the efficiency. However, it can also be because of it not be dispensed with, because otherwise the hollow profile does not have the required compressive strength. Of the Operating pressure of the heat transfer medium is in general several bars.
  • the hollow metal profile has a width of, for example 5 cm to 30 cm.
  • the extruded and, if necessary, cold formed Hollow section becomes sections of desired length from e.g. Cut 0.5 m to 6 m.
  • the collector according to the invention can therefore also in winter a direct heating operation can be carried out, in particular in connection with a heat pump or for regeneration or support of a horizontal or vertical earth collector. Because of the high efficiency comes in the solar collector of the invention the back of the absorber doesn't matter too much because almost the entire sun-exposed area at the same time guides the heat transfer medium and thus the entire absorbed Heat must first through the heat transfer medium in order to Back of the solar panel to be able to give off heat.
  • the solar collector according to the invention is also, in particular if it is made of an aluminum material, relatively light. He also has a quick response. That means that after a short period of sunshine, generates a large amount of high temperature heat transfer media.
  • the heat transfer medium is usually water or a mixture of water with an antifreeze is used. However, it can also be another liquid or a gas can be used as a heat transfer medium.
  • a sunlight absorbing coating provided, for example with a solar paint, a plastic coating or with aluminum materials Anodizing or black chromating.
  • the hollow profile sections can at least on the Sun facing side with a surface enlarging Structure provided, for example, be roughened, for example by blasting with sand or the like material or with a Be corrugated.
  • the roughening or corrugation the surface can be produced by the hollow profile Rolling done.
  • the inside of this Layer is given an uneven structure that leads to a turbulent flow of the heat transfer medium in the hollow profile leads. This is the more heated heat transfer medium in the area the hollow profile inner walls with the rest of the heat transfer medium mixed faster in the hollow profile, resulting in another Increasing the temperature transition and thus the efficiency leads.
  • This structure can, for example, by Dents, ribs or the like in the sun-away Layer of the hollow profile can be formed.
  • thermal insulation layer are applied, for example by Glue or spray.
  • the solar collector according to the invention is relatively flat and therefore has a pleasing appearance. He can be made from the hollow metal profile in practically any length become. It is also architecturally easy applicable, e.g. as a facade element.
  • the solar collector according to the invention is on the two end faces preferably each provided with a manifold, to which the open end faces of the hollow profile sections are connected.
  • the manifolds are preferably through manifolds educated. These are provided with longitudinal slots in the the ends of the hollow profile sections are sealed, for example by welding or soldering. This gives the solar collector according to the invention at the same time a stable, self-supporting structure.
  • the heat transfer medium meanders or snakes the hollow profile sections arranged next to one another flow, are in the two collecting tubes on the two faces of the solar collector, partitions offset from one another.
  • the partition walls can be between adjacent hollow profile sections be provided. However, you can also use one larger or smaller distance from each other be.
  • the partitions in the manifolds can be made of panes, Graft or the like. That are pressed into the header pipes be, for example, as a cap similar to a bottle cap closure.
  • the distances for the milled or punched longitudinal slots for inserting the hollow profile sections into the Collecting pipes should be as small as possible, for example 5 mm or less, so that the hollow profile sections with their long sides as close together as possible.
  • the manifolds can also consist of a tube with a continuous slot for receiving the ends of the hollow profile sections be made, then the slot area of the header pipes between the hollow profile sections must be sealed.
  • the solar collector according to the invention can be applied alone Thermal insulation, e.g. used for in-roof installation become. Below that is the installation in the roof with a recess to understand the tile cover, the collector is covered with a glass surface.
  • Gas fillable housing which is a frame consists of hollow profiles connected with angle connectors.
  • 1 and 2 has an extruded plate-shaped Hollow metal section 1 two plane-parallel layers 2, 3 arranged at a distance from each other and are connected to one another by longitudinal webs 4. This will 4 channels between layers 2, 3 and the longitudinal webs 5 formed.
  • layer 2 facing the sun Front of the hollow section 1 with a corrugation 6 and a black absorption color, not shown Mistake.
  • Layer 3 facing away from the sun Back of the hollow section 1 is with dimples Provide recesses 7, which lead to a corresponding deformation leads to the inside of the channels, as in FIG. 1 and 2 can be seen.
  • the corrugation 6 By the corrugation 6, the absorption surface for the Increased solar radiation.
  • the wells 7 lead to a turbulent flow of the heat transfer medium in the channels 5.
  • the header tubes 10, 11 are provided with longitudinal slots 12, 13 provided, in which the ends of the hollow profile sections 1 tight are let in.
  • the longitudinal slots 12, 13 have one length corresponding to the width of the hollow profile sections 1 on.
  • Partitions 14 are provided in the manifolds 10, 11, only one partition 14 is shown in FIG. 3.
  • the partitions 14 in the two manifolds 10, 11 are so offset from each other that the heat transfer medium accordingly the arrow 15 meandering or serpentine the hollow profile sections 1 or channels 5 of the solar collector 8 from one end of the manifold 10, which with a Provide connection 16 for the inlet of the heat transfer medium is to the diametrically opposite end of the manifold 11 flows, which has a connection 17 for the outlet of the heat transfer medium is provided.
  • the housing 18 consists of a frame 19 on which on the the sun-facing side a pane 20 made of glass or another at least infrared-transparent material and a base plate on the side facing away from the sun 21 is provided.
  • the glass pane 20 and the base plate 21 are connected airtight to the frame 19.
  • the frame 19 consists, as can be seen in particular from FIG. 7, from hollow profiles 22 which are connected to angle connectors 23 are inserted into the ends of the hollow profiles 22 and possibly pressed or glued.
  • the rectangular frame 19 consists of four Hollow sections 22 and four right-angled connectors 23. Die Hollow profiles 22 and the angle connector 23 are on the Sun facing side inside with a circumferential step-shaped Provide recess 24 in which the glass pane 20th with its edge with the interposition of an adhesive or Seal 25 is arranged.
  • the bottom 21 can be glued, for example. According to Fig. 6 it lies on an inner flange 26 of the hollow profile 22 its edge, and according to Fig. 7, the edge of the bottom plate 21 in a circumferential recess 27 in the frame 19 similar to the glass pane 20.
  • a heat insulation layer 28 for example from a plastic foam, like PU foam or mineral wool.
  • the manifolds 10, 11 extend thereby over a knee or a bend 31, 32 from the solar collector 8 or the hollow profile sections 1 to the connections 16 or 17.
  • the collecting lines 10, 11 can be provided with a thread 33 as shown in FIG. 6. On the thread 33 are the connections 16, 17 for the inlet or outlet of the Screwed on heat transfer medium.
  • An inner nut can be used to seal the bushings 29, 30 33 and sealing rings 34, 35 may be provided, on the one hand between the screwed connection 16 and the Outside of the hollow profile 22 and on the other hand between the Nut 38 and the inside of the hollow profile 22 arranged are.
  • the connection 17 for the outlet of the heat transfer medium is trained in the same way.
  • connections 16, 17 can be connected with different connectors, for example, connectors are equipped to avoid confusion to prevent the connections.
  • the housing 18 can be evacuated or filled with a gas be of poorer thermal conductivity than air, for example with helium.
  • the frame 19 with a valve (not shown) for evacuation or Filling the housing 18 may be provided.
  • the housing 18 for example within the hollow profile 22 contain moisture absorbent material such as silica gel or zeolite granules.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor mit einem von einem Wärmeträger schlangenförmig durchflossenen Leitungssystem aus Metall.
Derartige Sonnenkollektoren sind bekannt. Das von dem Wärmeträger (meist Wasser) schlangenförmig durchflossene Leitungssystem wird dabei durch ein auf ein Kupferblech aufgelötetes schlangenförmig gebogenes Kupferrohr gebildet. Diese Einheit wird an der Oberseite schwarz gespritzt und in einem mit Glas abgedeckten Rahmen mit einer Isolierschicht unter dem Kupferblech angeordnet. Um die Abstände zwischen den Kupferrohren zumindest teilweise für die Wärmegewinnung zu nutzen, können auf den Kupferrohren zusätzlich Wärmeleitbleche aufgebracht werden.
Weil die Kontakt- und damit Wärmeübergangsfläche zwischen dem Kupferblech und dem Kupferrohr relativ gering ist, heizt sich bei dem bekannten Sonnenkollektor das Kupferblech stark auf. Damit ist einerseits eine aufwendige Isolierschicht unter dem Kupferblech erforderlich, zum anderen strahlt das Kupferblech einen Teil der Wärme wieder ab.
Aus WO93/15368 und US 4,898,153 sind Sonnenkollektoren bekannt, die aus einer Hohlprofilplatte aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff, insbesondere Polykarbonat, bestehen. Die Hohlprofilplatten bestehen aus zwei Schichten, die durch parallele Längsstege unter Bildung von Kanälen verbunden sind, durch welche ein mit einem Sonnenlicht absorbierenden Material, also beispielsweise einer dunklen Farbe versetzter Wärmeträger strömt. Dabei besteht die Gefahr, daß sich ein Teil der Farbe in dem Hohlprofil absetzt, wodurch das Kunststoffhohlprofil, nicht aber der Wärmeträger aufgeheizt wird.
Die US-A-4 136 675 zeigt die Merkmale des ersten Teils von Anspruch 1.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfach aufgebauten Sonnenkollektor mit einem hohen Wirkungsgrad bereitzustellen.
Dies wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Sonnenkollektor erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.
Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor wird aus plattenförmigen Metallhohlprofilabschnitten hergestellt. Das Metallhohlprofil besteht aus zwei planparallelen Schichten, die durch Längsstege miteinander verbunden sind.
Das Metallhohlprofil wird durch Strangpressen hergestellt. Damit läßt sich auf einfache Weise ein Hohlprofil erhalten, bei dem die beiden Metallschichten nur einen geringen Abstand voneinander aufweisen.
Für einen hohen Wärmeübergang vom Metallhohlprofil zu dem Wärmeträger und damit einem hohen Wirkungsgrad des Sonnenkollektors ist es nämlich notwendig, daß der Wärmeträger die Wärme des durch die Sonnenstrahlung erwärmten Metallhohlprofils schnell abführt. Damit der Wärmeträger auf eine möglichst hohe Temperatur aufgeheizt wird, muß zudem die Wärmeabführung durch eine möglichst kleine Wärmeträgermenge erfolgen. Dies hat zur Folge, daß der Abstand zwischen den beiden Schichten des Hohlprofils möglichst klein sein soll, und zwar möglichst weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm betragen soll.
Zudem läßt sich durch Strangpressen ein Metallhohlprofil mit sehr dünnen Schichten und dünnen Längswänden herstellen, eine weitere Voraussetzung für einen schnellen Wärmeübergang. Die Stärke der beiden Schichten und der Längsstege der Hohlprofilabschnitte des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors kann dabei beispielsweise 0,1 mm bis 1 mm betragen.
Um den Abstand der beiden Schichten des Hohlprofils zu verringern, wird erfindungsgemäß vorzugsweise ein Hohlprofil verwendet, das nach dem Strangpressen einer Verformung, insbesondere einer Kaltverformung, z.B. durch Pressen oder Walzen, unterworfen worden ist. Auf diese Weise kann ein Metallhohlprofil hergestellt werden, bei dem der Abstand der beiden Schichten nur noch 3 mm oder weniger beträgt. Der Mindestabstand der beiden Schichten sollte allerdings 1 mm betragen, da andernfalls der Strömungswiderstand für den Wärmeträger stark anwächst.
Das Metall, aus dem das Hohlprofil hergestellt wird, ist vorzugsweise ein Aluminiumwerkstoff, also Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Wie sich gezeigt hat, läßt sich ein Aluminiumwerkstoff besonders gut zu derartigen Hohlprofilen Strangpressen bzw. kalt verformen. Auch ist Aluminium beispielsweise gegenüber Kupfer wesentlich kostengünstiger, und beispielsweise gegenüber Eisen wesentlich korrosionsbeständiger.
Die Längsstege zwischen den beiden Schichten des Hohlprofils erhöhen die Wärmeübergangsfläche und verbessern damit zusätzlich den Wirkungsgrad. Auf sie kann jedoch auch deswegen nicht verzichtet werden, weil andernfalls das Hohlprofil nicht die erforderliche Druckfestigkeit besitzt. Der Betriebsdruck des Wärmeträgers beträgt nämlich im allgemeinen mehrere Bar.
Das Metallhohlprofil weist eine Breite von beispielsweise 5 cm bis 30 cm auf. Das stranggepreßte und ggf. kalt verformte Hohlprofil wird zu Abschnitten gewünschter Länge von z.B. 0,5 m bis 6 m geschnitten. Die plattenförmigen Hohlprofilabschnitte werden mit ihren Längsseiten nebeneinander angeordnet und so miteinander verbunden, daß der Wärmeträger schlangenförmig durch die Hohlprofilabschnitte fließt.
Die nebeneinander angeordneten Hohlprofilabschnitte bedekken damit praktisch die gesamte Absorberfläche. Damit besitzt der erfindungsgemäße Sonnenkollektor, bezogen auf die Absorberfläche, einen außerordentlichen hohen Wirkungsgrad.
Mit dem erfindungsgemäßen Kollektor kann daher auch im Winter ein direkter Heizungsbetrieb durchgeführt werden, insbesondere in Verbindung mit einer Wärmepumpe oder zur Regenerierung bzw. Unterstützung eines Horizontal- oder Vertikal-Erdkollektors. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades kommt bei dem erfindungsgemäßen Sonnenkollektor der Isolation an der Rückseite des Absorbers keine große Bedeutung zu, weil nahezu die gesamte sonnenbestrahlte Fläche auch gleichzeitig den Wärmeträger führt und somit die gesamte absorbierte Wärme zuerst durch den Wärmeträger hindurch muß, um an der Rückseite des Sonnenkollektors Wärme abgeben zu können.
Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor ist zudem, insbesondere wenn er aus einem Aluminiumwerkstoff besteht, relativ leicht. Auch besitzt er ein schnelles Ansprechverhalten. Das heißt, schon nach kurzer Sonnenscheindauer wird eine größere Menge Wärmeträger hoher Temperatur erzeugt.
Als Wärmeträger wird im übrigen normalerweise Wasser oder ein Gemisch aus Wasser mit einem Gefrierschutzmittel verwendet. Es kann jedoch auch eine andere Flüssigkeit oder ein Gas als Wärmeträger eingesetzt werden.
Um die Absorption der Sonnenstrahlung zu erhöhen, werden die Metallhohlprofilabschnitte auf der der Sonne zugewandten Seite mit einer Sonnenlicht absorbierenden Beschichtung versehen, beispielsweise mit einem Solarlack, einer Kunststoffbeschichtung oder bei Aluminiumwerkstoffen durch Eloxieren oder Schwarzchromatieren.
Zudem können die Hohlprofilabschnitte zumindest auf der der Sonne zugewandten Seite mit einer oberflächenvergrößernden Struktur versehen sein, beispielsweise aufgerauht sein, etwa durch Strahlen mit Sand oder dgl. Material oder mit einer Riffelung versehen sein. Die Aufrauhung bzw. Riffelung der Oberfläche kann bei der Hohlprofilherstellung durch Walzen erfolgen. Zugleich kann dabei der Innenseite dieser Schicht eine unebene Struktur verliehen werden, die zu einer turbulenten Strömung des Wärmeträgers in dem Hohlprofil führt. Damit wird der stärker erwärmte Wärmeträger im Bereich der Hohlprofilinnenwände mit dem übrigen Wärmeträger in dem Hohlprofil schneller vermischt, was zu einer weiteren Erhöhung des Temperaturübergangs und damit des Wirkungsgrades führt.
Aus diesem Grunde ist zumindest die von der Sonne abgewandte Schicht des Metallhohlprofils vorzugsweise mit einer den durchfließenden Wärmeträger in Turbulenz versetzenden Struktur versehen. Diese Struktur kann beispielsweise durch Dellen, Rippen oder dgl. in der von der Sonne abgewandten Schicht des Hohlprofils gebildet sein.
Auf der Rückseite des Hohlprofils kann ferner eine Wärmeisolationsschicht aufgebracht werden, beispielsweise durch Kleben oder Spritzen.
Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor ist relativ flach ausgebildet und weist daher ein gefälliges Äußeres auf. Er kann aus dem Metallhohlprofil in praktisch jeder Länge hergestellt werden. Er ist damit auch architektonisch problemlos einsetzbar, z.B. als Fassadenelement.
An den beiden Stirnseiten ist der erfindungsgemäße Sonnenkollektor vorzugsweise mit jeweils einer Sammelleitung versehen, an die die offenen Stirnseiten der Hohlprofilabschnitte angeschlossen sind.
Die Sammelleitungen werden vorzugsweise durch Sammelrohre gebildet. Diese sind mit Längsschlitzen versehen, in die die Enden der Hohlprofilabschnitte eingedichtet sind, beispielsweise durch Schweißen oder Löten. Damit erhält der erfindungsgemäße Sonnenkollektor zugleich eine stabile, selbsttragende Struktur.
Damit der Wärmeträger mäander- oder schlangenförmig durch die nebeneinander angeordneten Hohlprofilabschnitte fließt, sind in den beiden Sammelrohren an den beiden Stirnseiten des Sonnenkollektors versetzt zueinander Trennwände angeordnet.
Die Trennwände können zwischen benachbarten Hohlprofilabschnitten vorgesehen sein. Sie können jedoch auch in einem größeren oder kleineren Abstand voneinander angeordnet sein.
Durch die Längsstege in den Hohlprofilabschnitten werden Kanäle gebildet. Die längste Fließstrecke durch den erfindungsgemäßen Sonnenkollektor wird also dann gebildet, wenn die Trennwände in den Sammelleitungen so angeordnet sind, daß der Wärmeträger von einem Kanal zum benachbarten Kanal unter Umkehrung seiner Strömungsrichtung fließt. Damit kann jedoch, insbesondere bei kleineren Kanalquerschnitten, ein hoher Strömungswiderstand auftreten, der eine entsprechend große Pumpenleistung erforderlich macht.
Die Trennwände in den Sammelleitungen können aus Scheiben, Pfropfen oder dgl. bestehen, die in die Sammelrohre gepreßt werden, beispielsweise auch als Hütchen ähnlich einem Kronkorkenflaschenverschluß.
Die Abstände für die ausgefrästen oder ausgestanzten Längsschlitze zum Einstecken der Hohlprofilabschnitte in die Sammelrohre sollen so klein wie möglich sein, beispielsweise 5 mm oder weniger, damit die Hohlprofilabschnitte mit ihren Längsseiten möglichst dicht aneinanderliegen.
Die Sammelleitungen können auch aus einem Rohr mit einem durchgehenden Schlitz zur Aufnahme der Enden der Hohlprofilabschnitte hergestellt sein, wobei dann der Schlitzbereich der Sammelrohre zwischen den Hohlprofilabschnitten abgedichtet werden muß.
Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor kann allein mit aufgebrachter Wärmeisolation, z.B. für den In-Dacheinbau verwendet werden. Darunter ist der Einbau in das Dach unter Aussparung der Ziegelabdeckung zu verstehen, wobei der Kollektor mit einer Glasfläche abgedeckt wird.
Er kann jedoch auch in einem luftdichten, ggf. mit einem Gas befüllbaren Gehäuse angeordnet sein, das einen Rahmen aus mit Winkelverbindern verbundenen Hohlprofilen besteht.
Damit die Wärmeausdehnung des Rahmens der Wärmeausdehnung des darin angeordneten Sonnenkollektors möglichst entspricht, bestehen die Hohlprofile des Rahmens und die Hohlprofilabschnitte des Sonnenkollektors möglichst aus dem gleichen Metall, insbesondere dem gleichen Aluminiumwerkstoff.
Nachstehend ist der erfindungsgemäße Sonnenkollektor anhand der Zeichnung beispielsweise näher beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 und 2
in perspektivischer Wiedergabe einen Endabschnitt eines Hohlprofilabschnitts zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors, und zwar von der der Sonne zugewandten Vorderseite (Fig. 1) bzw. von der der Sonne abgesandten Rückseite (Fig. 2);
Fig. 3
eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Sonnenkollektors in verkürzter Darstellung und mit einem weggebrochenen Teil eines Sammelrohres;
Fig. 4
einen Schnitt durch den Kollektor nach Fig. 3 entlang der Line IV-IV;
Fig. 5
eine Draufsicht auf einen in einem Gehäuse angeordneten Sonnenkollektor nach einer anderen Ausführungsform;
Fig. 6
einen Schnitt durch das eine Ende des Kollektors nach Fig. 5 entlang der Line VI-VI; und
Fig. 7
einen Teil des Rahmens des Gehäuses der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 mit einer leichten Abwandlung.
Gemäß Fig. 1 und 2 weist ein stranggepreßter plattenförmiger Metallhohlprofilabschnitt 1 zwei planparallele Schichten 2, 3 auf, die im Abstand voneinander angeordnet und durch Längsstege 4 miteinander verbunden sind. Dadurch werden zwischen den Schichten 2, 3 und den Längsstegen 4 Kanäle 5 gebildet.
Gemäß Fig. 1 ist die Schicht 2, an der der Sonne zugewandten Vorderseite des Hohlprofilabschnitts 1 mit einer Riffelung 6 und einer nicht dargestellten schwarzen Absorptionsfarbe versehen. Die Schicht 3, an der der Sonne abgewandten Rückseite des Hohlprofilabschnitts 1 ist mit dellenartigen Vertiefungen 7 versehen, die zu einer entsprechenden Verformung an der Innenseite der Kanäle führt, wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich.
Durch die Riffelung 6 wird die Absorptionsfläche für die Sonnenstrahlung vergrößert. Die Vertiefungen 7 führen zu einer turbulenten Strömung des Wärmeträgers in den Kanälen 5.
Gemäß Fig. 3 und 4 sind bei dem Sonnenkollektor 8 mehrere Hohlprofilabschnitte 1 gleicher Länge mit ihren Längsseiten 9 parallel nebeneinander angeordnet. An den beiden Stirnseiten des Sonnenkollektors 8 ist jeweils ein Sammelrohr 10, 11 vorgesehen, an das die offenen Stirnseiten der Hohlprofilabschnitte 1 angeschlossen sind, d.h. in die Kanäle 5 münden.
Die Sammelrohre 10, 11 sind dazu mit Längsschlitzen 12, 13 versehen, in die die Enden der Hohlprofilabschnitte 1 dicht eingelassen sind. Die Längsschlitze 12, 13 weisen dazu eine der Breite der Hohlprofilabschnitte 1 entsprechende Länge auf.
In den Sammelrohren 10, 11 sind Trennwände 14 vorgesehen, wobei in Fig. 3 nur eine Trennwand 14 gezeigt ist.
Die Trennwände 14 in den beiden Sammelleitungen 10, 11 sind so versetzt zueinander angeordnet, daß der Wärmeträger entsprechend dem Pfeil 15 mäander- oder schlangenförmig durch die Hohlprofilabschnitte 1 bzw. Kanäle 5 des Sonnenkollektors 8 von dem einen Ende des Sammelrohres 10, das mit einem Anschluß 16 für den Einlauf des Wärmeträgers versehen ist, zu dem diametral gegenüberliegenden Ende des Sammelrohres 11 strömt, das mit einem Anschluß 17 für den Auslauf des Wärmeträgers versehen ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 ist der Sonnenkollektor bzw. das vom Wärmeträger schlangenförmig durchflossene Leitungssystem 8 in einem Gehäuse 18 angeordnet. Gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4.
Das Gehäuse 18 besteht aus einem Rahmen 19, an dem auf der der Sonne zugewandten Seite eine Scheibe 20 aus Glas oder einem anderen zumindest infrarotlichtdurchlässigen Material und auf der von der Sonne abgewandten Seite eine Bodenplatte 21 vorgesehen ist. Die Glasscheibe 20 und die Bodenplatte 21 sind luftdicht mit dem Rahmen 19 verbunden.
Der Rahmen 19 besteht, wie insbesondere aus Fig. 7 ersichtlich, aus Hohlprofilen 22, die mit Winkelverbindern 23 verbunden sind, die in die Enden der Hohlprofile 22 gesteckt und ggf. verpreßt oder verklebt werden.
Gemäß Fig. 5 besteht der rechteckige Rahmen 19 aus vier Hohlprofilen 22 und vier rechtwinkligen Verbindern 23. Die Hohlprofile 22 und die Winkelverbinder 23 sind auf der der Sonne zugewandten Seite innen mit einer umlaufenden stufenförmigen Ausnehmung 24 versehen, in der die Glasscheibe 20 mit ihrem Rand unter Zwischenschaltung eines Klebers oder dgl. Abdichtung 25 angeordnet ist.
Der Boden 21 kann beispielsweise angeklebt sein. Gemäß Fig. 6 liegt er auf einem Innenflansch 26 des Hohlprofils 22 mit seinem Rand auf, und gemäß Fig. 7 liegt der Rand der Bodenplatte 21 in einer umlaufenden Ausnehmung 27 in dem Rahmen 19 ähnlich der Glasscheibe 20.
Gemäß Fig. 6 erstreckt sich zwischen den Hohlprofilabschnitten 1 und dem Boden 21 des Gehäuses 18 eine Wärmeisolationsschicht 28, beispielsweise aus einem Kunststoffschaum, wie PU-Schaum oder Mineralwolle.
Wie aus Fig. 5 und 6 ersichtlich, sind der Rahmen 19 bzw. die Hohlprofile 22 an den Stirnseiten des Rahmens 19 mit Durchführungen 29, 30 für die Sammelrohre 10, 11 zu den Anschlüssen 16 und 17 für den Einlauf bzw. Auslauf des Wärmeträgers versehen. Die Sammelrohre 10, 11 erstrecken sich dabei über ein Knie oder eine Biegung 31, 32 von dem Sonnenkollektor 8 bzw. den Hohlprofilabschnitten 1 zu den Anschlüssen 16 bzw. 17.
Dadurch werden unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Rahmens 19 und der Hohlprofilabschnitte 1 in dem Gehäuse 18 kompensiert, insbesondere keine Längsausdehnungskräfte auf die abgedichteten Rohrdurchführungen 29, 30 in dem Rahmen 19 ausgeübt, die zu einer Undichtigkeit des Gehäuses 18 und damit zum Beschlagen der Glasscheibe 20 führen können.
Die Sammelleitungen 10, 11 können mit einem Gewinde 33 versehen sein, wie in Fig. 6 dargestellt. Auf das Gewinde 33 sind die Anschlüsse 16, 17 für den Einlauf bzw. Auslauf des Wärmeträgers aufgeschraubt.
Zur Abdichtung der Durchführungen 29, 30 können eine Innenmutter 33 sowie Dichtringe 34, 35 vorgesehen sein, die einerseits zwischen dem aufgeschraubten Anschluß 16 und der Außenseite des Hohlprofils 22 und andererseits zwischen der Mutter 38 und der Innenseite des Hohlprofils 22 angeordnet sind. Der Anschluß 17 für den Auslauf des Wärmeträgers ist in gleicher Weise ausgebildet.
Die Anschlüsse 16, 17 können mit verschiedenen Verbindern, beispielsweise Steckverbindern ausgerüstet sein, um Verwechslungen der Anschlüsse zu verhindern.
Das Gehäuse 18 kann evakuiert oder mit einem Gas gefüllt sein, das eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit als Luft besitzt, beispielsweise mit Helium. Dazu kann der Rahmen 19 mit einem nicht dargestellten Ventil zum Evakuieren bzw. Füllen des Gehäuses 18 versehen sein. Ferner kann das Gehäuse 18 beispielsweise innerhalb des Hohlprofils 22 ein feuchtigkeitsabsorbierendes Material enthalten, wie Silicagel oder Zeolithgranulat.

Claims (9)

  1. Sonnenkollektor mit einem von einem Wärmeträger durchflossenen Leitungssystem (8), das aus mit ihren Längsseiten (9) nebeneinander angeordneten Abschnitten (1) aus einem stranggepreßten Metallhohlprofil aus zwei durch parallele Längsstege (4) verbundenen Schichten (2, 3) besteht, wobei die offenen Stirnseiten der Hohlprofilabschnitte (1) derart miteinander verbunden sind, daß der Wärmeträger schlangenförmig durch die Hohlprofilabschnitte (1) fließt, dadurch gekennzeichnet, daß zum schlangenförmigen Durchfließen der Hohlprofilabschnitte (1) an den beiden Stirnseiten des Leitungssystems (8) jeweils ein Rohr (10, 11) vorgesehen ist, das mit Längsschlitzen versehen ist, in die die offenen Stirnseiten der Hohlprofilabschnitte (1) eingelassen sind, wobei in den Rohren (10, 11) versetzt zueinander Trennwände (14) angeordnet sind, daß das Metallhohlprofil zur Herstellung der Abschnitte (1) nach dem Strangpressen zur Verringerung des Abstandes der Schichten (2, 3) auf 3 mm oder weniger einer Verformung unterworfen worden ist, und daß die von der Sonne abgewandte Schicht (3) der Metallhohlprofilabschnitte (1) mit den Wärmeträger in Turbulenz versetzenden dellenartigen Vertiefungen (7) und die der Sonne zugewandte Schicht (2) mit einer oberflächenvergrößernden Struktur versehen ist, die auch der Innenseite eine unebene Struktur verleiht.
  2. Sonnenkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (10, 11) über wenigstens eine Biegung (31, 32) mit den Anschlüssen (16, 17) für den Einlauf bzw. Auslauf des Wärmeträgers verbunden sind.
  3. Sonnenkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhohlprofilabschnitte (1) an ihrer der Sonne zugewandten Seite mit einer die Sonnenstrahlung absorbierenden Schicht versehen sind.
  4. Sonnenkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall, aus dem die Hohlprofilabschnitte (1) bestehen, ein Aluminiumwerkstoff ist.
  5. Sonnenkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem in einem gasdichten Gehäuse (18) angeordnet ist, das aus einem Rahmen (19), einer Platte (20) aus einem zumindest infrarotlichtdurchlässigen Material auf der der Sonne zugewandten Seite des Rahmens (19) und aus einem Boden (21) auf der anderen Seite des Rahmens (19) besteht.
  6. Sonnenkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (19) aus mit Winkelverbindern (23) verbundenen Hohlprofilen (22) besteht.
  7. Sonnenkollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlprofile (22) des Rahmens (19) aus dem gleichen Metall wie die Hohlprofilabschnitte (1) des Leitungssystems (8) bestehen.
  8. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (19) an der der Sonne zugewandten Seite eine Ausnehmung (27) zur Aufnahme der Platte (20) aus dem zumindest infrarotlichtdurchlässigen Material aufweist.
  9. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18) ein feuchtigkeitsabsorbierendes Material enthält.
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